▶ セミコンダクター・コンポーネンツ・インダストリーズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024019094
(43)【公開日】2024-02-08
(54)【発明の名称】ボンドパッドを有する画像センサ
(51)【国際特許分類】
H01L 27/146 20060101AFI20240201BHJP
【ＦＩ】
H01L27/146 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023121636
(22)【出願日】2023-07-26
(31)【優先権主張番号】63/369,684
(32)【優先日】2022-07-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】18/172,730
(32)【優先日】2023-02-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】300057230
【氏名又は名称】セミコンダクター・コンポーネンツ・インダストリーズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】サルフリッジ， マーク アレン
(72)【発明者】
【氏名】クロフット， ウィリアム
(72)【発明者】
【氏名】ボルタクル， スワーナル
【テーマコード（参考）】
4M118
【Ｆターム（参考）】
4M118AA05
4M118AB01
4M118BA14
4M118BA19
4M118CA02
4M118DD04
4M118EA14
4M118FA06
4M118FA27
4M118FA28
4M118GB03
4M118GB07
4M118GB09
4M118GB11
4M118GC08
4M118GC09
4M118GC14
4M118GC20
4M118GD03
4M118GD04
4M118GD10
4M118HA25
4M118HA30
(57)【要約】 （修正有）
【課題】画像センサ１４におけるクロストークを軽減するとともに、任意の望ましくない電荷を放散する画像センサ及び画像センサを形成する方法を提供する。
【解決手段】画像センサ１４は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）チップ１０２－２に接合されたセンサチップ１０２－１を含む。画像センサのためのボンドパッド１１２は、ＡＳＩＣチップ内に形成され、センサチップ内のトレンチを通して露出される。画像センサはまた、光学的に黒色のピクセルを遮蔽するために、画像センサの周辺部に導電性遮光体を含む。不透明層１４４は、導電性遮光体からの反射を軽減するように、導電性遮光体の上に形成される。反射防止層１６２は、ピクセルアレイ３２上に形成される。反射防止層は、ピクセルアレイ上で、ボンドパッド用のトレンチ内の厚さ１６４、１６６とは異なる厚さ１６８を有する。
【選択図】図１２
【解決手段】画像センサ１４は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）チップ１０２－２に接合されたセンサチップ１０２－１を含む。画像センサのためのボンドパッド１１２は、ＡＳＩＣチップ内に形成され、センサチップ内のトレンチを通して露出される。画像センサはまた、光学的に黒色のピクセルを遮蔽するために、画像センサの周辺部に導電性遮光体を含む。不透明層１４４は、導電性遮光体からの反射を軽減するように、導電性遮光体の上に形成される。反射防止層１６２は、ピクセルアレイ３２上に形成される。反射防止層は、ピクセルアレイ上で、ボンドパッド用のトレンチ内の厚さ１６４、１６６とは異なる厚さ１６８を有する。
【選択図】図１２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
撮像ピクセルのアレイを有する画像センサであって、
半導体基板と、
前記半導体基板内の前記撮像ピクセルのアレイのための感光素子と、
前記感光素子に重なるカラーフィルタ素子と、
前記撮像ピクセルのアレイの外側の前記半導体基板内の少なくとも１つの追加の感光素子と、
前記少なくとも１つの追加の感光素子に重なる導電性遮光体と、
前記導電性遮光体に重なる不透明層と、
前記カラーフィルタ素子及び前記不透明層の両方に重なる平坦化層と、
前記カラーフィルタ素子と重なるマイクロレンズと、を備え、前記平坦化層が、前記カラーフィルタ素子と前記マイクロレンズとの間に介在する、画像センサ。
半導体基板と、
前記半導体基板内の前記撮像ピクセルのアレイのための感光素子と、
前記感光素子に重なるカラーフィルタ素子と、
前記撮像ピクセルのアレイの外側の前記半導体基板内の少なくとも１つの追加の感光素子と、
前記少なくとも１つの追加の感光素子に重なる導電性遮光体と、
前記導電性遮光体に重なる不透明層と、
前記カラーフィルタ素子及び前記不透明層の両方に重なる平坦化層と、
前記カラーフィルタ素子と重なるマイクロレンズと、を備え、前記平坦化層が、前記カラーフィルタ素子と前記マイクロレンズとの間に介在する、画像センサ。
【請求項2】
前記平坦化層が、前記カラーフィルタ素子及び前記不透明層の両方と直接接触し、前記マイクロレンズが、平面内に形成され、前記カラーフィルタ素子及び前記不透明層の両方が、前記平面と前記半導体基板との間に介在し、前記導電性遮光体が、２０％未満の透明度を有し、前記不透明層が、２０％未満の反射率を有し、前記導電性遮光体が、タングステンの層及び窒化チタンの層を含む、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項3】
第１の半導体基板を含む第１のチップと、
前記第１のチップに接合された第２のチップと、
前記第２のチップ内のボンドパッドと、
前記マイクロレンズ上に形成される反射防止層と、を更に備え、前記ボンドパッドが、前記第１のチップ内のトレンチを通して露出され、前記反射防止層が、前記トレンチ内に延在し、前記反射防止層が、前記マイクロレンズ上に第１の厚さと、前記トレンチの側壁に沿って前記第１の厚さ未満である小さい第２の厚さと、を有する、請求項１に記載の画像センサ。
前記第１のチップに接合された第２のチップと、
前記第２のチップ内のボンドパッドと、
前記マイクロレンズ上に形成される反射防止層と、を更に備え、前記ボンドパッドが、前記第１のチップ内のトレンチを通して露出され、前記反射防止層が、前記トレンチ内に延在し、前記反射防止層が、前記マイクロレンズ上に第１の厚さと、前記トレンチの側壁に沿って前記第１の厚さ未満である小さい第２の厚さと、を有する、請求項１に記載の画像センサ。
【請求項4】
撮像ピクセルのアレイを有する画像センサであって、
第１の半導体基板を有する第１のチップと、
前記第１の半導体基板内の前記撮像ピクセルのアレイのための感光素子と、
第２の半導体基板を有する第２のチップであって、前記第１のチップに接合されている、第２のチップと、
前記第１のチップ内のトレンチによって重ねられる前記第２のチップ内のボンドパッドと、
第１の厚さを有する第１の部分と、前記第１の厚さ未満である第２の厚さを有する第２の部分と、を有する、反射防止層であって、前記第１の部分が、前記感光素子に重なる、反射防止層と、を備える、画像センサ。
第１の半導体基板を有する第１のチップと、
前記第１の半導体基板内の前記撮像ピクセルのアレイのための感光素子と、
第２の半導体基板を有する第２のチップであって、前記第１のチップに接合されている、第２のチップと、
前記第１のチップ内のトレンチによって重ねられる前記第２のチップ内のボンドパッドと、
第１の厚さを有する第１の部分と、前記第１の厚さ未満である第２の厚さを有する第２の部分と、を有する、反射防止層であって、前記第１の部分が、前記感光素子に重なる、反射防止層と、を備える、画像センサ。
【請求項5】
半導体基板内の感光素子と、前記感光素子に重なるカラーフィルタ素子と、前記カラーフィルタ素子に重なるマイクロレンズと、を有する、画像センサを形成する方法であって、前記感光素子が、ピクセルのアレイを形成し、前記画像センサが、前記ピクセルのアレイの外側に周辺部を有し、前記方法が、
前記マイクロレンズ及び前記画像センサの前記周辺部の上に、第１の反射防止層を形成することと、
前記第１の反射防止層を、前記マイクロレンズ及び前記画像センサの前記周辺部の上に形成した後、前記半導体基板内にトレンチをエッチングすることと、
前記半導体基板内に前記トレンチをエッチングした後に、前記マイクロレンズ及び前記画像センサの前記周辺部の上に、第２の反射防止層を形成することであって、前記第１及び第２の反射防止層が、前記マイクロレンズの上で直接接触している、形成することと、を含む、方法。
前記マイクロレンズ及び前記画像センサの前記周辺部の上に、第１の反射防止層を形成することと、
前記第１の反射防止層を、前記マイクロレンズ及び前記画像センサの前記周辺部の上に形成した後、前記半導体基板内にトレンチをエッチングすることと、
前記半導体基板内に前記トレンチをエッチングした後に、前記マイクロレンズ及び前記画像センサの前記周辺部の上に、第２の反射防止層を形成することであって、前記第１及び第２の反射防止層が、前記マイクロレンズの上で直接接触している、形成することと、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０２２年７月２８日出願の米国仮特許出願第６３／３６９，６８４号の利益を主張するものである。
【背景技術】
【0002】
画像センサは、携帯電話、カメラ、及びコンピュータなどの電子デバイスにおいて画像をキャプチャするために一般的に使用される。典型的な構成では、画像センサは、ピクセル行及びピクセル列に配置された画像ピクセルのアレイを含む。回路は、画像ピクセルから画像信号を読み出すために、それぞれのピクセル列に結合され得る。
【0003】
本明細書において説明される実施形態が生じるのは、この文脈内である。
【図面の簡単な説明】
【0004】
【図1】いくつかの実施形態による、画像センサを有する例示的な電子デバイスの図である。
【図2】いくつかの実施形態による、例示的なピクセルアレイ並びに画像センサから画像信号を読み出すための関連する行制御回路及び列制御回路の図である。
【図3】いくつかの実施形態による、導電性遮光体を有する例示的な画像センサの断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0005】
本技術の実施形態は、画像センサに関する。当業者であれば、本発明の例示的な実施形態が、これらの具体的な細目の一部又はすべてがなくても実施され得ることが認識されるであろう。他の場合には、本実施形態を不必要に不明瞭にしないよう、周知の動作は詳細に記載されていない。
【0006】
デジタルカメラ、コンピュータ、携帯電話、及び他の電子デバイスなどの電子デバイスは、画像をキャプチャするために入射光を収集する画像センサを含み得る。画像センサは、ピクセルのアレイを含み得る。画像センサ内のピクセルは、入射光を画像信号に変換するフォトダイオードなどの感光素子を含み得る。画像センサは、任意の数のピクセル（例えば、数百又は数千以上）を有し得る。典型的な画像センサは、例えば、数百、数千、又は数百万のピクセル（例えば、メガピクセル）を有し得る。画像センサは、ピクセルを動作させるための回路、及び感光素子によって生成された電荷に対応する画像信号を読み出すための読み出し回路などの制御回路を含み得る。
【0007】
図１は、画像センサを使用して画像をキャプチャする撮像システムを含む、例示的な撮像システム及び応答システムの図である。図１のシステム１００は、カメラ、携帯電話、ビデオカメラ、又はデジタル画像データをキャプチャする他の電子デバイスなどの電子デバイスであり得、車両安全システム（例えば、アクティブブレーキシステム又は他の車両安全システム）であり得、又は監視システムであり得る。
【0008】
図１に示されるように、システム１００は、撮像システム１０などの撮像システム、及びホストサブシステム２０などのホストサブシステムを含み得る。撮像システム１０は、カメラモジュール１２を含み得る。カメラモジュール１２は、画像センサアレイ集積回路にあるような１つ以上の画像センサ１４と、１つ以上のレンズと、を含み得る。
【0009】
画像キャプチャ操作中、それぞれのレンズは、関連する画像センサ１４上に光を集中させ得る。画像センサ１４は、光をアナログデータに変換する感光素子（すなわち、画像センサピクセル）を含み得る。画像センサは、任意の数のピクセル（例えば、数百、数千、数百万、又はそれ以上）を有し得る。典型的な画像センサは、例えば、数百万のピクセル（例えば、メガピクセル）を有し得る。
【0010】
カメラモジュール１２内のそれぞれの画像センサは同一であり得るか、又は所与の画像センサアレイ集積回路内に異なるタイプの画像センサが存在し得る。いくつかの例では、画像センサ１４は、バイアス回路（例えば、ソースフォロワ負荷回路）、サンプルアンドホールド回路、相関二重サンプリング（correlated double sampling、ＣＤＳ）回路、増幅器回路、アナログデジタルコンバータ回路、データ出力回路、メモリ（例えば、バッファ回路）、及び／又はアドレス回路を更に含み得る。
【0011】
センサ１４からの静止画像データ及びビデオ画像データは、経路２８を経由して画像処理及びデータフォーマッティング回路１６に提供され得る。画像処理及びデータフォーマッティング回路１６は、データフォーマッティング、ホワイトバランス及び露出の調整、ビデオ画像安定化の実装、又は顔検出などの画像処理機能を実行するために使用され得る。画像処理及びデータフォーマッティング回路１６はまた、追加的に又は代替的に、所望される場合、生カメラ画像ファイルを（例えば、Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ、すなわちＪＰＥＧフォーマットに）圧縮するために使用され得る。
【0012】
システムオンチップ（system on chip、ＳｏＣ）構成などの一構成例では、センサ１４、並びに画像処理及びデータフォーマッティング回路１６は、共通の半導体基板（例えば、共通のシリコン画像センサ集積回路ダイ）上に実装される。所望される場合、センサ１４及び画像処理回路１６が、別個の半導体基板上に形成され得る。例えば、センサ１４及び画像処理回路１６は、積層されている別個の基板上に形成され得る。
【0013】
撮像システム１０は、取得された画像データを、経路１８を介してホストサブシステム２０に伝達し得る。ホストサブシステム２０は、入出力デバイス２２及び記憶処理回路２４を含み得る。ホストサブシステム２０は、画像内の対象物を検出する、画像フレーム間の対象物の動きを検出する、画像内の対象物までの距離を判定する、又は撮像システム１０によって提供される画像をフィルタリングするか若しくは別の方法で処理するための、処理ソフトウェアを含み得る。例えば、撮像システム１０の画像処理及びデータフォーマッティング回路１６は、取得された画像データをホストサブシステム２０の記憶及び処理回路２４に伝達し得る。
【0014】
所望される場合、システム１００は、多くの高レベル機能をユーザに提供し得る。コンピュータ又は携帯電話では、例えば、ユーザアプリケーションを実行する能力がユーザに提供され得る。これらの機能のために、ホストサブシステム２０の入出力デバイス２２は、キーパッド、入出力ポート、ボタン、並びにディスプレイ及び記憶及び処理回路２４を含み得る。ホストサブシステム２０の記憶及び処理回路２４は、揮発性及び／又は不揮発性メモリ（例えば、ランダムアクセスメモリ、フラッシュメモリ、ハードドライブ、ソリッドステートドライブ等）を含み得る。記憶及び処理回路２４はまた、追加的に又は代替的に、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、及び／又は特定用途向け集積回路などを含み得る。
【0015】
図１の画像センサ１４の配置の一例を図２に示す。図２に示されるように、画像センサ１４は、制御及び処理回路４４を含み得る。制御及び処理回路４４（制御及び処理ロジックと称されることもある）は、図１の画像処理及びデータフォーマッティング回路１６の一部であり得るか、又は回路１６とは別個であり得る。画像センサ１４は、ピクセル３４（本明細書では画像センサピクセル、撮像ピクセル、又は画像ピクセルと称されることもある）のアレイ３２などのピクセルアレイを含み得る。制御及び処理回路４４は、制御経路２７を介して行制御回路４０に結合され得、かつデータ経路２６を介して列制御及び読み出し回路４２に結合され得る。
【0016】
行制御回路４０は、制御及び処理回路４４から行アドレスを受信し得、１つ以上の制御経路３６を介して対応する行制御信号を画像ピクセル３４に供給し得る。行制御信号は、ピクセルリセット制御信号、電荷転送制御信号、ブルーミング制御信号、行選択制御信号、二重変換利得制御信号、又は任意の他の所望のピクセル制御信号を含み得る。
【0017】
列制御及び読み出し回路４２は、列線３８などの１つ以上の導電線を介してピクセルアレイ３２の列のうちの１つ以上に結合され得る。所与の列線３８は、画像ピクセルアレイ３２内の画像ピクセル３４の列に結合され得、画像ピクセル３４から画像信号を読み出すため、及びバイアス信号（例えば、バイアス電流又はバイアス電圧）を画像ピクセル３４に供給するために使用され得る。いくつかの例では、ピクセルの各列は、対応する列線３８に結合され得る。画像ピクセルの読み出し動作の場合、画像ピクセルアレイ３２内のピクセル行は、行駆動回路４０を使用して選択され得、そのピクセル行の画像ピクセル３４に関連付けられた画像データは、列線３８上の列読み出し回路４２によって読み出され得る。列読み出し回路４２は、アレイ３２から読み出された信号を増幅するための列増幅器などの列回路、アレイ３２から読み出された信号をサンプリングし、記憶するためのサンプルアンドホールド回路、読み出されたアンログ信号を対応するデジタル信号に変換するためのアナログデジタルコンバータ回路、又は読み出された信号及び任意の他の所望のデータを記憶するための列メモリを含み得る。列制御及び読み出し回路４２は、線２６を介して制御及び処理ロジック４４にデジタルピクセル読み出し値を出力し得る。
【0018】
アレイ３２は、任意の数の行及び列を有し得る。一般に、アレイ３２のサイズ並びにアレイ３２内の行及び列の数は、画像センサ１４の特定の実装に依存することになる。行及び列は、概して、それぞれ水平及び垂直であるものとして本明細書で説明されるが、行及び列は、任意の格子状構造を指し得る。行として本明細書に説明される特徴は、垂直に配置され得、列として本明細書に説明される特徴は、水平に配置され得る。
【0019】
ピクセルアレイ３２には、単一の画像センサが異なる色の光をサンプリングすることを可能にする複数のカラーフィルタ素子を有するカラーフィルタアレイが提供され得る。一例として、アレイ３２内の画像ピクセルなどの画像センサピクセルには、カラーフィルタアレイが提供され得、これにより、単一の画像センサが、対応する赤色、緑色、及び青色の画像センサピクセルを使用して、赤色、緑色、及び青色（red, green, and blue、ＲＧＢ）の光をサンプリングすることが可能になる。赤色、緑色、及び青色画像センサピクセルは、ベイヤーモザイクパターンで配置され得る。ベイヤーモザイクパターンは、２×２の画像ピクセルの繰り返し単位セルからなり、２つの緑色画像ピクセルが互いに対角線上に対向し、青色画像ピクセルの対角線上に対向する赤色画像ピクセルに隣接する。別の例では、広帯域カラーフィルタ素子（例えば、クリアカラーフィルタ素子）を有する広帯域画像ピクセルが、ベイヤーパターン内の緑色ピクセルの代わりに使用され得る。これらの例は単なる例示であり、一般に、任意の所望の色（例えば、シアン、黄色、赤色、緑色、青色等）及び任意の所望のパターンのカラーフィルタ素子が、任意の所望の数の画像ピクセル３４の上に形成され得る。
【0020】
いくつかの実装形態では、アレイ３２は、アレイ３２のピクセル３４が２つ以上の積層基板の間で分割される積層ダイ構成の一部であり得る。そのような構成では、アレイ３２内のピクセル３４の各々は、ピクセル内の任意の所望のノードにおいて２つのダイ（チップと称されることもある）の間で分割され得る。一例として、浮遊拡散ノードなどのノードは、２つのダイにわたって形成され得る。フォトダイオードと、フォトダイオードと所望のノード（本例では浮遊拡散ノードなど）との間の回路と、を含む、ピクセル回路は、第１のダイ上に形成され得、残りのピクセル回路は、第２のダイ上に形成され得る。所望のノードは、２つのダイを接続する結合構造（導電性パッド、マイクロパッド、導電性相互接続構造、又は導電性ビアなど）上に（すなわち、その一部として）形成され得る。２つのダイが接合される前に、結合構造は、第１のダイ上に第１の部分を有し得、第２のダイ上に第２の部分を有し得る。第１のダイ及び第２のダイは、結合構造の第１の部分及び結合構造の第２の部分が一緒に接合され、電気的に結合されるように、互いに接合され得る。所望される場合、結合構造の第１及び第２の部分は、互いに圧縮接合され得る。しかしながら、これは単に例示に過ぎない。所望される場合、それぞれの第１及び第２のダイ上に形成された結合構造の第１及び第２の部分は、はんだ付け又は溶接などの任意の金属間接合技法を使用して一緒に接合され得る。
【0021】
上述したように、２つのダイにわたって分割されるピクセル回路内の所望のノードは、浮遊拡散ノードであり得る。代替的に、２つのダイにわたって分割されるピクセル回路内の所望のノードは、ピクセル回路に沿った任意の他のノードであり得る。一代替形態では、２つのダイにわたって分割される所望のノードは、フローティング拡散領域とソースフォロワトランジスタのゲートとの間のノードであり得る。例えば、フローティング拡散ノードは、フォトダイオードが形成される第１のダイ上に形成され得、結合構造は、フローティング拡散ノードを第２のダイ上のソースフォロワトランジスタに接続し得る。別の代替形態では、２つのダイにわたって分割される所望のノードは、フローティング拡散領域と転送トランジスタのソース－ドレインノードとの間のノードであり得る。例えば、浮遊拡散ノードは、フォトダイオードが位置しない第２のダイ上に形成され得る。更に別の代替形態では、２つのダイにわたって分割される所望のノードは、ソースフォロワトランジスタのソース－ドレインノードと行選択トランジスタとの間のノードであり得る。
【0022】
概して、アレイ３２、行制御回路４０、並びに列制御及び読み出し回路４２は、２つ以上の積層基板間で分割され得る。一例では、アレイ３２は、第１の基板に形成され得、行制御回路４０、並びに列制御及び読み出し回路４２は、第２の基板に形成され得る。別の例では、アレイ３２は、（上述のピクセル分割方式のうちの１つを使用して）第１の基板と第２の基板との間で分割され得、行制御回路４０、並びに列制御及び読み出し回路４２は、第３の基板内に形成され得る。他の例では、行制御回路４０は、列制御及び読み出し回路４２とは別個の基板上にあり得る。更に別の例では、行制御回路４０は、２つ以上の基板間で分割され得、かつ／又は列制御及び読み出し回路４２は、２つ以上の基板間で分割され得る。
【0023】
図３～図１２は、図１～図２の画像センサなどの画像センサを形成する方法を様々な段階で示す。図３～図１２の各々は、画像センサの製造プロセス中の画像センサの側断面図である。図３の外観から図４の外観へ、図４の外観から図５の外観へ、図５の外観から図６の外観へ等、画像センサを変更するために、１つ以上の製造ステップが実行される。
【0024】
図３に示されるように、画像センサ１４は、第１のチップ１０２－１及び第２のチップ１０２－２を含む。各チップは、ウェハ又はダイと称されることがあり得る。チップ１０２－１は、センサチップと称されることもあり得、チップ１０２－２は、特定用途向け集積回路（application-specific integrated circuit、ＡＳＩＣ）チップと称されることもあり得る。
【0025】
第１のチップ１０２－１は、半導体基板１０４－１及び１つ以上の誘電体層１０６－１を含む。半導体基板１０４－１（半導体層１０４－１、シリコン層１０４－１、センサ基板１０４－１等と称されることもある）は、アレイ３２内のピクセル３４のための感光素子１１４を含み得る。１つ以上の誘電体層１０６－１は、チップ１０２－１内に電気接続を形成するための様々な金属層１０８－１を含み得る。
【0026】
第２のチップ１０２－２は、半導体基板１０４－２及び１つ以上の誘電体層１０６－２を含む。半導体基板１０４－２（半導体層１０４－２、シリコン層１０４－２、ＡＳＩＣ基板１０４－２等と称されることもある）は、行制御回路４０、制御及び処理回路４４、並びに／又は列制御及び読み出し回路などの回路を含み得る。１つ以上の誘電体層１０６－２は、チップ１０２－２内に電気接続を形成するための様々な金属層１０８－２を含み得る。
【0027】
図３に示されるように、チップ１０２－１と１０２－２との間に１つ以上のボンド（ハイブリッドボンドと称されることもある）が存在し得る。図３では、チップ１０２－１と１０２－２との間のハイブリッドボンドは、チップ１０２－１内の導電層１１０－１及びチップ１０２－２内の導電層１１０－２によって形成される。センサチップ１０２－１をＡＳＩＣチップ１０２－２に接続する任意の所望の数のハイブリッドボンドが存在し得る。
【0028】
画像センサは、アクティブ領域にわたって分散されたピクセル３４を有するピクセルアレイ３２を有する。ピクセルアレイ３２内のピクセルは、画像センサ１４の動作中に入射光を感知するように構成される。各ピクセル３４は、それぞれの感光素子１１４（フォトダイオードなど）を含み得る。各感光素子は、ディープトレンチアイソレーション（deep trench isolation、ＤＴＩ）１１６のリングによって取り囲まれ得る。ＤＴＩは、半導体基板１０４－１内のトレンチ内の充填材料（例えば、金属充填材又は低屈折率充填材）によって形成され得る。充填材料は、部分的にＤＴＩの内側にあり得るか、又はＤＴＩの深さ全体に沿って延在し得る。ＤＴＩは、基板１０４－１内に部分的に示されているが、基板１０４－１の深さ全体にわたって延在し得る。図３のＤＴＩは、画像センサの裏側から形成されるように示されているが、代わりに画像センサの表側から形成され得る。１つ以上の誘電体層１１８は、半導体基板１０４－１の上に形成され得る。１つ以上の誘電体層１１８として、例えば、基板１０４－１の上部の酸化アルミニウム層（Ａｌ２Ｏ３）、酸化アルミニウム層の上部の酸化ハフニウム層（ＨｆＯ２）、酸化ハフニウム層の上部の酸化タンタル層（Ｔａ２Ｏ５）、及び酸化タンタル層の上部の二酸化ケイ素層（ＳｉＯ２）が挙げられ得る。図３に示されるように、１つ以上の誘電体層１１８は、画像センサ全体にわたるブランケット層として形成され得る。図３に示されるように、半導体基板１０４－１の上面上に形成されることに加えて、１つ以上の誘電体層１１８は、ＤＴＩ１１６内に形成され得る。
【0029】
画像センサ１４は、誘電体層１１８の上部にグリッド構造１２０（不透明構造１２０、ピクセル内グリッド構造１２０等と称されることもある）を含み得る。ピクセル内グリッド構造は、各ピクセル３４のフットプリントの周りにリングを形成する、１つ以上の導電層１２４を含み得る。導電層１２４は、例えば、導電材料（例えば、タングステン）の層及び接着層（例えば、窒化チタン層）を含み得る。導電性材料の層は、接着層の上に形成され得る。１つ以上の導電層（例えば、タングステン層）は、入射光に対して不透明であり得る。グリッド構造１２０は、２０％未満、１０％未満、５％未満、１％未満、０．０１％未満、０．００１％未満等の可視光、赤外光、及び／又は他の対象波長に対する透明度を有し得る。グリッド構造１２０は、５（ＯＤ５）以上の光学密度を有し得る。したがって、ピクセル内グリッド構造１２０は、画像センサ１４におけるクロストークを軽減するとともに、任意の望ましくない電荷を放散する。ピクセル内グリッド構造１２０はまた、導電層１２４を取り囲む誘電体層１２２を含み得る。誘電体層１２２は、二酸化ケイ素又は任意の他の所望の材料から形成され得る。
【0030】
図３に示されるように、画像センサはまた、周辺領域１３０、ボンドパッド領域１３２、及びスクライブ領域１３４を含む。周辺領域１３０は、遮光層１２６を含む。遮光層１２６は、入射光に対して実質的に不透明であり得る。遮光層は、可視光、赤外光、及び／又は他の対象波長に対して、２０％未満、１０％未満、５％未満、１％未満、０．０１％未満、０．００１％未満等の透明度を有し得る。遮光層は、５（ＯＤ５）以上の光学濃度を有し得る。遮光層１２６は、ピクセル内グリッド構造１２０のための１つ以上の導電層１２４と同じ材料から形成され得る。換言すれば、遮光層１２６は、窒化チタン層上のタングステン層から形成され得る。ピクセル内グリッド構造１２０が導電層１２４の上に誘電体層１２２を含む方法と同様に、遮光層１２６の上に誘電体層１２８が存在し得る。誘電体層１２８は、誘電体層１２２と同じ材料（例えば、二酸化ケイ素）から形成され得る。導電層１２４及び遮光層１２６は、同じ製造ステップで形成され得る。誘電体層１２２及び１２８は、同じ製造ステップで形成され得る。
【0031】
遮光層１２６は、周辺領域１３０内の１つ以上の感光素子１１４と重なり得る。遮光層の下の遮蔽された感光素子は、光学的に黒色のピクセル（画像センサ１４の動作中にノイズ補正のために使用され得る）を提供するために使用される。
【0032】
図３に示されるように、遮光層１２６の一部分が基板１０４－１に電気的に接続されることを可能にし、それによって接地接点１４０を形成するために、誘電体層１１８内にエッチングされた開口部が存在し得る。具体的には、遮光層１２６は、接地接点１４０において基板１０４－１の深い注入領域に電気的に接続され得る。ピクセル内グリッド構造１２０は、構造１２０及び遮光層１２６の両方が接地接点１４０においてシリコン基板を通して電気的に接地されるように、遮光層１２６に電気的に接続され得る。
【0033】
ボンドパッド領域１３２において、ＡＳＩＣチップ１０２－２は、誘電体層１０６－２内にボンドパッド１１２を含む。スクライブ領域１３４において、（例えば、後続の位置合わせマークの形成を助けるために）追加の構造１２０が形成され得る。
【0034】
図４では、カラーフィルタ素子１４２がピクセルアレイ３２内の各ピクセル上に形成されている。各カラーフィルタ素子１４２は、任意の所望の色（例えば、赤色、青色、緑色、黄色、シアン等）の光を通過させ得る。場合によっては、画像センサは、モノクロ画像センサであり得、各カラーフィルタ素子は、クリア又は灰色フィルタ素子であり得る。図４に示されるように、スクライブ領域１３４にカラーフィルタ素子１４２を形成し得る。このカラーフィルタ素子は、後続の製造ステップのための位置合わせマークとして機能し得る。代替的に、専用の位置合わせマーク堆積ステップが（カラーフィルタ素子堆積とは別個に）実行され得る。
【0035】
次に、図５では、不透明層１４４（不透明誘電体層１４４、黒色層１４４、黒色誘電体層１４４などと称されることもある）は、周辺領域１３０内の遮光層１２６の上に形成され得る。不透明層１４４は、（関連付けられた誘電体層１２８を有する）遮光層１２６に適合し得る。不透明層１４４は、誘電体層１１８及び誘電体層１２８の上面に直接接触する。不透明層１４４は、２０％未満、１０％未満、５％未満、１％未満等の可視光、赤外光、及び／又は他の対象波長の反射率を有し得る。不透明層は、２（ＯＤ２）以上の光学密度を有し得る。したがって、不透明層１４４は、下にある遮光層からの可視反射を防止する。
【0036】
画像センサ内のすべてのカラーフィルタ素子を形成した後に、画像センサ内に黒色誘電体層を形成する例は、単なる例示である。所望される場合、黒色誘電体層は、画像センサに含まれる１つ以上のタイプのカラーフィルタ素子の前に形成され得る。一例として、第１のタイプのカラーフィルタ素子（例えば、すべての緑色カラーフィルタ素子）が、画像センサ内に形成され得る。次いで、黒色誘電体層が画像センサ内に形成され得る。最後に、残りのタイプのカラーフィルタ素子（例えば、赤色及び青色カラーフィルタ素子のすべて）が、画像センサ内に形成され得る。
【0037】
図６では、平坦化層１４６が画像センサ上に形成される。平坦化層１４６は、任意の所望の誘電体材料から形成され得る。平坦化層１４６は、ピクセルアレイ３２内のカラーフィルタ素子１４２を被覆（かつ直接接触）し得る。平坦化層１４６は、周辺領域１３０内の不透明層１４４、誘電体層１１８、及び／又は誘電体層１２８を被覆（かつ直接接触）し得る。平坦化層１４６は、ボンドパッド領域１３２内の誘電体層１１８を被覆（かつ直接接触）し得る。平坦化層１４６は、スクライブ領域１３４内の構造１２０、誘電体層１１８、及び／又はカラーフィルタ素子１４２を被覆（かつ直接接触）し得る。マイクロレンズに平坦な表面をもたらすことに加えて、平坦化層１４６は、マイクロレンズ形成プロセス中にエネルギーを有利に吸収し得る。
【0038】
次に、図７では、マイクロレンズ１４８がピクセルアレイ３２内の各ピクセル３４上に形成され得る。各マイクロレンズ１４８は、対応するカラーフィルタ素子１４２及び感光素子１１４と重なり得る。マイクロレンズ１４８は、平坦化層１４６によってもたらされる平坦な上面上に形成される。
【0039】
マイクロレンズ１４８は、所望される場合、２ステッププロセスで形成され得る。２ステッププロセスでは、マイクロレンズの第１の半分が、第１のステップにおいて市松模様パターンで完全に形成される。次いで、マイクロレンズの残りの半分は、相補的な市松模様パターンで完全に形成される。これは、製造プロセス中にマイクロレンズを一緒に融合させることなく、マイクロレンズが直接接触することを可能にする。この実施例は、単なる例示である。マイクロレンズ１４８は、所望される場合、代わりに単一ステッププロセスで形成され得る。
【0040】
図７に示されるように、平面層１５０は、周辺領域１３０に形成され得る。平面層１５０は、マイクロレンズ１４８と同じ材料から形成され得るか、又はマイクロレンズ１４８とは異なる材料から形成され得る。１つの例示的な構成では、マイクロレンズ１４８は、周辺領域１３０に形成される。次いで、平面層１５０がマイクロレンズ１４８上に形成されて、マイクロレンズを効果的に被覆し、周辺領域１３０に平坦な上面をもたらす。
【0041】
この実施例は、単なる例示である。所望される場合、マイクロレンズ１４８は、周辺領域１３０に形成され得、平面層１５０は、省略され得る。
【0042】
図８では、反射防止コーティング（anti-reflective coating、ＡＲＣ）１５４（反射防止層１５４、二酸化ケイ素層１５４、誘電体層１５４などと称されることもある）が、画像センサ全体にわたるブランケット層として形成される。反射防止コーティング１５４は、二酸化ケイ素又は任意の他の所望の材料から形成され得る。反射防止コーティングは、画像センサにわたって均一な厚さ１５２を有し得る。換言すれば、厚さ１５２は、画像センサにわたって１０％以内、２０％以内、３０％以内などで均一であり得る。厚さ１５２は、５００ナノメートル未満、３００ナノメートル未満、２００ナノメートル未満、５０ナノメートル超、５０ナノメートル～５００ナノメートル、５０ナノメートル～１５０ナノメートル、１００ナノメートルなどであり得る。
【0043】
反射防止コーティング１５４は、ピクセルアレイ３２内のマイクロレンズ１４８を被覆（かつ直接接触）し得る。反射防止コーティング１５４は、周辺領域１３０内の平面層１５０を被覆（かつ直接接触）し得る。反射防止コーティング１５４は、ボンドパッド領域１３２内の平坦化層１４６を被覆（かつ直接接触）し得る。反射防止コーティング１５４は、スクライブ領域１３４内の平坦化層１４６を被覆（かつ直接接触）し得る。
【0044】
図９では、反射防止コーティング１５４及び平坦化層１４６が領域１５６においてエッチング（除去）されて、下にある誘電体層１１８、構造１２０、及びカラーフィルタ素子１４２が露出される。領域１５６は、ボンドパッド領域１３２及びスクライブ領域１３４を含み得る。
【0045】
次に、図１０では、領域１５８において、誘電体層１１８、半導体基板１０４－１、及び誘電体層１０６－１の一部分がエッチング（除去）される。エッチングが完了した後は、半導体基板１０４－１を完全に通って、かつ誘電体層１０６－１を部分的に通って延在する、トレンチが存在する。図１０に示されるように、エッチングは、誘電体層１０６－１の一部分を、残りの厚さ１６０で残し得る。この段階でボンドパッド１１２まで完全にエッチングしないことによって、ボンドパッド１１２は、後続の処理中に保護されたままである。厚さ１６０は、１０ナノメートル超、５０ナノメートル超、１００ナノメートル超、５００ナノメートル超などであり得る。
【0046】
図１１では、追加の反射防止コーティング１６２（反射防止層１６２、二酸化ケイ素層１６２、誘電体層１６２などと称されることもある）が、画像センサ全体にわたるブランケット層として形成される。反射防止コーティング１６２は、二酸化ケイ素又は任意の他の所望の材料から形成され得る。反射防止コーティングは、ピクセルアレイ３２及び周辺領域１３０にわたって均一な厚さ１６４を有し得る。換言すれば、厚さ１６４は、ピクセルアレイ３２及び周辺領域１３０にわたって１０％以内、２０％以内、３０％以内などで均一であり得る。厚さ１６４は、５００ナノメートル未満、３００ナノメートル未満、２００ナノメートル未満、５０ナノメートル超、５０ナノメートル～５００ナノメートル、１５０ナノメートル～２５０ナノメートル、２００ナノメートルなどであり得る。
【0047】
ボンドパッド領域１３２内では、反射防止コーティング１６２は、側壁に沿った（例えば、ボンドパッド１１２の上部表面に直交する基板１０４－１及び誘電体層１０６－１の縁部に沿った）厚さ１６６と、誘電体層１０６－１の露出した上面に沿った（ボンドパッド１１２の上面に平行な）厚さ１６４と、を有する。厚さ１６６は、厚さ１６４未満であり得る。厚さ１６６は、５００ナノメートル未満、３００ナノメートル未満、２００ナノメートル未満、１００ナノメートル未満、５０ナノメートル未満、５０ナノメートル～１００ナノメートルなどであり得る。厚さ１６６は、厚さ１６４の７５％未満、厚さ１６４の５０％未満、厚さ１６４の２５％～７５％などであり得る。
【0048】
反射防止層１６２及び反射防止層１５４は、同じ材料（例えば、二酸化ケイ素）から形成され得る。したがって、ピクセルアレイ３２及び周辺領域１３０内には、厚さ１６８を有する反射防止コーティングが効果的に存在し、厚さ１６８は、厚さ１６４と厚さ１５２との合計に等しい。厚さ１５２は、厚さ１６４の７５％未満、厚さ１６４の５０％未満、厚さ１６４の２５％～７５％などであり得る。総厚さ１６８は、１０００ナノメートル未満、５００ナノメートル未満、３００ナノメートル未満、５０ナノメートル超、２００ナノメートル超、１００ナノメートル～１０００ナノメートル、２５０ナノメートル～３５０ナノメートル、３００ナノメートルなどであり得る。
【0049】
所望される場合、総厚さ１６８は、対象波長（例えば、画像センサによって感知される波長）の４分の３にほぼ等しくあり得る（例えば、その２０％以内）。
【0050】
最後に、図１２では、反射防止コーティング１６２、誘電体層１０６－１、及び誘電体層１０６－２が領域１７０においてエッチング（除去）されて、下にあるボンドパッド１１２を露出させる。このエッチングステップは、第２のトレンチを追加することと称され得るか、又は第１のトレンチを延在させることと称され得る。反射防止コーティング１６２の一部分は、図１０及び図１１の前のトレンチの底部に厚さ１６４で残る。
【0051】
エッチングが完了した後、ボンドパッド１１２は、第１の部分において第１の幅１７２を有し、第２の部分において第２の幅１７４を有するトレンチを通して露出される。第２の幅１７４は、第１の幅１７２よりも（例えば、少なくとも１％、少なくとも５％、少なくとも１０％、少なくとも２０％などだけ）小さい。トレンチは、半導体基板１０４－１及び誘電体層１０６－１を完全に通って延在する。
【0052】
図３～図１２の画像センサ１４において、不透明層１４４は、チップ１０２－１と平坦化層１４６との間に介在する。言い換えれば、マイクロレンズ１４８は、半導体基板１０４－１の上面に平行な平面内に形成される。不透明層１４４は、平面と半導体基板１０４－１との間に介在する。平坦化層１４６の下に不透明層１４４を形成することにより、平坦化層１４６が不透明層１４４を効果的に封入し、不透明層の剥離を防止するので、不透明層１４４を保護するための追加の封入の必要性がなくなる。
【0053】
製造中、スクライブ領域１３４は、ボンドパッド領域１３２とスクライブ領域１３４との間の境界（スクライブ線と称されることもある）に沿って切断することによって、画像センサから最終的に除去され得る。
【0054】
一実施形態によれば、撮像ピクセルのアレイを有する画像センサは、半導体基板と、半導体基板内の撮像ピクセルのアレイのための感光素子と、感光素子に重なるカラーフィルタ素子と、撮像ピクセルのアレイの外側の半導体基板内の少なくとも１つの追加の感光素子と、少なくとも１つの追加の感光素子に重なる導電性遮光体と、導電性遮光体に重なる不透明層と、カラーフィルタ素子及び不透明層の両方に重なる平坦化層と、カラーフィルタ素子に重なるマイクロレンズと、を含み得る。平坦化層は、カラーフィルタ素子とマイクロレンズとの間に介在し得る。
【0055】
様々な実施形態によれば、平坦化層は、カラーフィルタ素子及び不透明層の両方と直接接触し得る。
【0056】
様々な実施形態によれば、マイクロレンズは、平面内に形成され得、カラーフィルタ素子及び不透明層の両方は、平面と半導体基板との間に介在し得る。
【0057】
様々な実施形態によれば、導電性遮光体は、２０％未満の透明度を有し得る。
【0058】
様々な実施形態によれば、不透明層は、２０％未満の反射率を有し得る。
【0059】
様々な実施形態によれば、導電性遮光体は、タングステンの層及び窒化チタンの層を含み得る。
【0060】
様々な実施形態によれば、画像センサは、第１の半導体基板を含む第１のチップと、第１のチップに接合された第２のチップと、第２のチップ内のボンドパッドと、を含み得る。
【0061】
様々な実施形態によれば、画像センサは、マイクロレンズの上に形成された反射防止層も含み得る。
【0062】
種々の実施形態によれば、ボンドパッドは、第１のチップ内のトレンチを通して露出され得、反射防止層は、トレンチ内に延在し得る。
【0063】
様々な実施形態によれば、反射防止層は、マイクロレンズ上に第１の厚さを有し得、かつトレンチの側壁に沿って第１の厚さ未満である小さい第２の厚さを有し得る。
【0064】
一実施形態によれば、撮像ピクセルのアレイを有する画像センサは、第１の半導体基板を有する第１のチップと、第１の半導体基板内の撮像ピクセルのアレイのための感光素子と、第１のチップに接合された第２の半導体基板を有する第２のチップと、第１のチップ内のトレンチによって重ねられた第２のチップ内のボンドパッドと、第１の厚さを有する第１の部分及び第１の厚さ未満である第２の厚さを有する第２の部分を有する反射防止層と、を含み得る。第１の部分は、感光素子に重なり得る。
【0065】
様々な実施形態によれば、第２の部分は、トレンチの側壁に沿い得る。
【0066】
様々な実施形態によれば、第２の部分は、撮像ピクセルのアレイの外側の画像センサの周辺部にあり得る。
【0067】
様々な実施形態によれば、画像センサは、感光素子に重なるカラーフィルタ素子と、撮像ピクセルのアレイの外側の第１の半導体基板内の少なくとも１つの追加の感光素子と、少なくとも１つの追加の感光素子に重なる導電性遮光体と、導電性遮光体に重なる不透明層と、を含み得る。
【0068】
様々な実施形態によれば、画像センサは、平面内に形成されたマイクロレンズを含み得る。カラーフィルタ素子及び不透明層の両方が、平面と第１の半導体基板との間に介在し得る。
【0069】
様々な実施形態によれば、反射防止層は、二酸化ケイ素を含み得る。
【0070】
一実施形態によれば、半導体基板内の感光素子と、感光素子に重なるカラーフィルタ素子と、カラーフィルタ素子に重なるマイクロレンズと、を有する、画像センサを形成する方法は、マイクロレンズ及び画像センサの周辺部の上に第１の反射防止層を形成することと、マイクロレンズ及び画像センサの周辺部の上に第１の反射防止層を形成した後に半導体基板内にトレンチをエッチングすることと、半導体基板内にトレンチをエッチングした後にマイクロレンズ及び画像センサの周辺部の上に第２の反射防止層を形成することと、を含み得る。感光素子は、ピクセルのアレイを形成し得、画像センサは、ピクセルのアレイの外側に周辺部を有し得る。第１及び第２の反射防止層は、マイクロレンズ上で直接接触し得る。
【0071】
様々な実施形態によれば、第１の反射防止層は、第１の厚さを有し得、第２の反射防止層は、第１の厚さ超である第２の厚さを有し得る。
【0072】
様々な実施形態によれば、本方法は、マイクロレンズ及び画像センサの周辺部の上に第２の反射防止層を形成した後に、トレンチの底部をエッチングして、トレンチを通してボンドパッドを露出させることを含み得る。
【0073】
様々な実施形態によれば、第２の反射防止層は、マイクロレンズ上の第１の厚さと、トレンチの側壁に沿った第２の厚さと、を有し得、第２の厚さは、第１の厚さ未満であり得る。
【0074】
上記は単なる例示に過ぎず、説明された実施形態に対して様々な修正を行うことができる。前述の実施形態は、個別に、又は任意の組み合わせで実装され得る。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【外国語明細書】